JP6618181B2

JP6618181B2 - Nozzle wear amount detection method, control method, nozzle wear amount detection device, and control device

Info

Publication number: JP6618181B2
Application number: JP2016009662A
Authority: JP
Inventors: 洋片野田
Original assignee: Kagoshima University NUC
Current assignee: Kagoshima University NUC
Priority date: 2016-01-21
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2019-12-11
Anticipated expiration: 2036-01-21
Also published as: JP2017129482A

Description

本発明は、ノズル摩耗量検出方法、制御方法、ノズル摩耗量検出装置及び制御装置に関する。 The present invention relates to a nozzle wear amount detection method, a control method, a nozzle wear amount detection device, and a control device.

コールドスプレーとは、固体微粒子を溶融させること無く不活性ガスと共に超音速流で固相状態のまま基材に衝突・塑性変形させて皮膜を形成する方法である。この方法では、最大１０００℃程度まで電気加熱した数十気圧のガスと、常温のガス（固体微粒子を巻き込み搬送する常温ガス）とをノズル内に供給し、ガス流によって、固体微粒子をノズルから５００ｍ／ｓ程度以上の高速で噴射する。 Cold spraying is a method of forming a film by colliding and plastically deforming a base material in a solid state in supersonic flow with an inert gas without melting solid fine particles. In this method, a gas of several tens of atmospheres electrically heated up to about 1000 ° C. and a normal temperature gas (a normal temperature gas that entrains and conveys solid fine particles) are supplied into the nozzle, and the solid fine particles are separated from the nozzle by 500 m by a gas flow. Inject at a high speed of about / s or more.

米国特許第５３０２４２４号明細書US Pat. No. 5,302,424 欧州特許第０４８４５３３号明細書European Patent No. 0484533

コールドスプレー装置では、ノズルの中で最も細い箇所、すなわち直径２ｍｍ程度のスロートを通過する固体微粒子が、スロートを少しずつ削っていき、スロートが摩耗する。スロートが摩耗すると、スロート径が大きくなって、ガスの噴射速度が低下する。ガスの噴射速度が低下すると、固体微粒子の噴射速度が低下し、皮膜の密着力や緻密さが低下する。したがって、皮膜を良好に生成するためには、使用の都度スロート径を測定するなどスロート径の管理を行う必要がある。 In the cold spray apparatus, the fine particles passing through the throat having the narrowest part of the nozzle, that is, the diameter of about 2 mm, gradually scrape the throat, and the throat wears. When the throat wears, the throat diameter increases and the gas injection speed decreases. When the gas injection speed decreases, the solid fine particle injection speed decreases, and the adhesion and density of the film decrease. Therefore, in order to produce a film satisfactorily, it is necessary to manage the throat diameter by measuring the throat diameter every time it is used.

しかしながら、ノズルは非常に細長く、スロートはノズルの軸方向の中ほどにあるため、スロート径を直接計測するのは困難である。ピンゲージを用いて計測することはできるが、ピンケージによってスロートやノズルの内面を傷つけてしまうおそれもある。 However, since the nozzle is very long and the throat is in the middle of the nozzle in the axial direction, it is difficult to directly measure the throat diameter. Although it can be measured using a pin gauge, the pin cage may damage the throat and the inner surface of the nozzle.

スロート径を、作動ガスの質量流量（以下、単に流量と記す）、ノズル内の圧力及び温度から流体力学の算出式を用いて算出することは可能である。しかしながら、一般にコールドスプレー装置では、ヒータ出口からノズルまでの熱損失が不明であるため、ノズル内の実際のガスの温度は未知であるので、流体力学の算出式を用いてスロート径を求めるのは困難である。 It is possible to calculate the throat diameter from the mass flow rate of the working gas (hereinafter simply referred to as the flow rate), the pressure in the nozzle, and the temperature using a calculation formula of fluid dynamics. However, in general, in a cold spray device, since the heat loss from the heater outlet to the nozzle is unknown, the actual gas temperature in the nozzle is unknown, so the throat diameter is calculated using the calculation formula of fluid dynamics. Have difficulty.

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、スロートの摩耗量を正確に検出することができるノズル摩耗量検出方法、制御方法、ノズル摩耗量検出装置及び制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a nozzle wear amount detection method, a control method, a nozzle wear amount detection device, and a control device capable of accurately detecting the wear amount of a throat. And

上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係るノズル摩耗量検出方法は、
固体微粒子を作動ガスとともに噴射するノズルのスロートの摩耗量を検出する摩耗量検出方法であって、
前記ノズルとスロート及びスロート周辺の形状がほぼ同一で、かつ、スロート径を計測可能な検定ノズルのスロート径と、大気温度で前記検定ノズルから前記作動ガスを噴射したときの前記検定ノズル内の作動ガスの圧力及び流量とを含む前記検定ノズルに関する計測結果に基づいて、前記検定ノズルのスロートを流れる前記作動ガスの境界層の排除厚さを検出する排除厚さ検出ステップと、
大気温度で前記ノズルから前記作動ガスを噴射したときの前記ノズル内の作動ガスの圧力及び流量の計測結果に基づいて、前記排除厚さが形成する円環状の面積である排除厚さ面積を除く前記ノズルのスロート断面積を算出する断面積算出ステップと、
前記排除厚さ検出ステップで検出された前記排除厚さと、前記断面積算出ステップで算出された前記排除厚さ面積を除くスロート断面積とに基づいて、前記ノズルのスロートの摩耗量を検出する摩耗量検出ステップと、
を含む。 In order to achieve the above object, a nozzle wear amount detection method according to a first aspect of the present invention includes:
A wear amount detection method for detecting a wear amount of a nozzle throat for injecting solid fine particles together with a working gas,
The shape of the nozzle, the throat, and the shape around the throat, and the throat diameter of the verification nozzle capable of measuring the throat diameter, and the operation in the verification nozzle when the working gas is injected from the verification nozzle at the atmospheric temperature An exclusion thickness detecting step for detecting an exclusion thickness of a boundary layer of the working gas flowing through the throat of the verification nozzle based on a measurement result relating to the verification nozzle including a pressure and a flow rate of gas;
Based on the measurement result of the pressure and flow rate of the working gas in the nozzle when the working gas is injected from the nozzle at the atmospheric temperature, the excluded thickness area which is an annular area formed by the excluded thickness is excluded. A cross-sectional area calculating step for calculating a throat cross-sectional area of the nozzle;
Wear detecting the throat wear amount of the nozzle based on the excluded thickness detected in the excluded thickness detecting step and the throat cross-sectional area excluding the excluded thickness area calculated in the cross-sectional area calculating step A quantity detection step;
including.

ここで、「形状がほぼ同一」とは、スロートで検出される排除厚さが同じになる程度に形状が同一であることをいう。 Here, “the shape is almost the same” means that the shape is the same to the extent that the excluded thickness detected at the throat is the same.

この場合、前記排除厚さ検出ステップでは、
前記検定ノズルのスロート径を、接触式または非接触式の計測装置から取得する第１のステップと、
大気温度で前記検定ノズルから前記作動ガスを噴射したときの前記検定ノズル内の前記作動ガスの圧力及び流量を計測する第２のステップと、
前記第２のステップで計測された作動ガスの圧力及び流量に基づいて、前記検定ノズルにおける前記排除厚さ面積を除くスロート断面積を算出する第３のステップと、
前記第１のステップで算出されたスロート径から得られる前記排除厚さ面積を含むスロート断面積と、前記第３のステップで算出された排除厚さ面積を除くスロート断面積とに基づいて、前記排除厚さを算出する第４のステップと、
を含む、
こととしてもよい。 In this case, in the exclusion thickness detection step,
A first step of obtaining a throat diameter of the verification nozzle from a contact-type or non-contact-type measurement device;
A second step of measuring the pressure and flow rate of the working gas in the verification nozzle when the working gas is injected from the verification nozzle at an atmospheric temperature;
A third step of calculating a throat cross-sectional area excluding the excluded thickness area in the verification nozzle based on the pressure and flow rate of the working gas measured in the second step;
Based on the throat cross-sectional area including the excluded thickness area obtained from the throat diameter calculated in the first step and the throat cross-sectional area excluding the excluded thickness area calculated in the third step, A fourth step of calculating an exclusion thickness;
including,
It is good as well.

ここで、理論的には、排除厚さとは、後述の図４（Ｂ）に示すように、以下の（Ａ）と（Ｂ）とが等しくなる厚さδ_１ ^*である。
（Ａ）スロートの壁面からスロート断面の中心までの[作動ガスの流速]×[ガス密度]の分布ρＶの面積積分値（質量流量）
（Ｂ）[スロート断面の中心での作動ガスの流速（一定値）]×[スロート断面の中心での作動ガスのガス密度（一定値）]に、スロートの壁面の上方δ_１ ^*の位置からスロート断面中心までの面積を掛けた値（質量流量）
つまり、このとき、図４（Ｂ）において、面積Ｂ１と面積Ｂ２は等しくなり、排除厚さは、ガス流の流量の観点から考えたスロート断面積の幾何的断面積からの減少分に対応する厚さを表す。排除厚さは、実験的には、検定ノズルに任意の圧力、任意の温度の作動ガスを供給したときに流れる流量と、スロート２１Ａの既知の断面積から、後述の式（４）〜（７）を用いて計算することができる。 Here, theoretically, the excluded thickness is a thickness δ ₁ ^* in which (A) and (B) below are equal, as shown in FIG.
(A) Area integral value (mass flow rate) of distribution ρV of [working gas flow velocity] x [gas density] from the throat wall surface to the center of the throat cross section
(B) From the position of δ ₁ ^* above the wall surface of the throat, [flow velocity of the working gas at the center of the throat section (constant value)] × [gas density of the working gas at the center of the throat section (constant value)] Value multiplied by the area up to the center of the throat section (mass flow rate)
That is, at this time, in FIG. 4B, the area B1 and the area B2 are equal, and the excluded thickness corresponds to a decrease from the geometric cross-sectional area of the throat cross-sectional area considered from the viewpoint of the gas flow rate. Represents thickness. Experimentally, the excluded thickness is experimentally determined from the following formulas (4) to (7) based on the flow rate that flows when a working gas having an arbitrary pressure and an arbitrary temperature is supplied to the verification nozzle and the known cross-sectional area of the throat 21A. ) Can be used to calculate.

本発明の第２の観点に係る制御方法は、
本発明のノズル摩耗量検出方法を用いて検出された前記ノズルのスロートの摩耗量に応じて、前記ノズルの出口での前記固体微粒子の粒子速度が一定に保たれるように、前記作動ガスの圧力及び／又は温度を制御する制御ステップを含む。 The control method according to the second aspect of the present invention is:
According to the amount of wear of the nozzle throat detected using the nozzle wear amount detection method of the present invention, the working gas flow rate is maintained so that the particle velocity of the solid fine particles at the nozzle outlet is kept constant. A control step for controlling the pressure and / or temperature.

この場合、本発明のノズル摩耗量検出方法を用いて検出された前記ノズルのスロートの摩耗量が閾値を超えた場合に、前記ノズルの交換情報を外部出力する出力ステップを含む、
こととしてもよい。 In this case, when the wear amount of the nozzle throat detected using the nozzle wear amount detection method of the present invention exceeds a threshold, an output step of outputting the nozzle replacement information externally is included.
It is good as well.

本発明の第３の観点に係るノズル摩耗量検出装置は、
固体微粒子を作動ガスとともに噴射するノズルのスロートの摩耗量を検出する摩耗量検出装置であって、
前記ノズルとスロート及びスロート周辺の形状がほぼ同一で、かつ、スロート径を計測可能な検定ノズルのスロート径と、大気温度で前記検定ノズルから前記作動ガスを噴射したときの前記検定ノズル内における前記作動ガスの圧力及び流量とを含む前記検定ノズルに関する計測結果に基づいて、前記検定ノズルのスロートを流れる前記作動ガスの排除厚さを検出する排除厚さ検出部と、
大気温度で前記ノズルから前記作動ガスを噴射したときの前記ノズル内における作動ガスの圧力及び流量の計測結果に基づいて、前記排除厚さ面積を除く前記ノズルのスロート断面積を算出する断面積算出部と、
前記排除厚さ検出部で検出された前記排除厚さと、前記断面積算出部で算出された前記排除厚さ面積を除くスロート断面積とに基づいて、前記ノズルのスロートの摩耗量を検出する摩耗量検出部と、
を備える。 A nozzle wear amount detection device according to a third aspect of the present invention is:
A wear amount detecting device for detecting a wear amount of a nozzle throat for injecting solid fine particles together with a working gas,
The nozzle, the throat, and the shape of the periphery of the throat are substantially the same, and the throat diameter of the verification nozzle capable of measuring the throat diameter, and the working nozzle in the verification nozzle when the working gas is injected from the verification nozzle at atmospheric temperature An exclusion thickness detector for detecting an exclusion thickness of the working gas flowing through the throat of the verification nozzle based on a measurement result regarding the verification nozzle including a pressure and a flow rate of the working gas;
Cross-sectional area calculation for calculating the throat cross-sectional area of the nozzle excluding the excluded thickness area based on the measurement result of the pressure and flow rate of the working gas in the nozzle when the working gas is injected from the nozzle at the atmospheric temperature And
Wear detecting the throat wear amount of the nozzle based on the excluded thickness detected by the excluded thickness detector and the throat cross-sectional area excluding the excluded thickness area calculated by the cross-sectional area calculator. A quantity detector;
Is provided.

この場合、前記排除厚さ検出部は、
前記検定ノズルのスロート径を計測装置から取得する径取得部と、
大気温度で前記検定ノズルから前記作動ガスを噴射したときの前記検定ノズル内の前記作動ガスの圧力及び流量を計測する計測部と、
前記計測部で計測された前記作動ガスの圧力及び流量に基づいて、前記検定ノズルにおける前記排除厚さ面積を除くスロート断面積を算出する検定ノズル断面積算出部と、
前記径取得部で取得されたスロート径から得られる前記排除厚さ面積を含むスロート断面積と、前記検定ノズル断面積算出部で算出された排除厚さ面積を除くスロート断面積とに基づいて、前記排除厚さを検出する排除厚さ検出部と、
を備える、
こととしてもよい。 In this case, the excluded thickness detector is
A diameter acquisition unit for acquiring the throat diameter of the verification nozzle from a measuring device;
A measurement unit that measures the pressure and flow rate of the working gas in the verification nozzle when the working gas is injected from the verification nozzle at an atmospheric temperature;
Based on the pressure and flow rate of the working gas measured by the measurement unit, a verification nozzle cross-sectional area calculation unit that calculates a throat cross-sectional area excluding the excluded thickness area in the verification nozzle;
Based on the throat cross-sectional area including the excluded thickness area obtained from the throat diameter acquired by the diameter acquisition unit, and the throat cross-sectional area excluding the excluded thickness area calculated by the verification nozzle cross-sectional area calculation unit, An exclusion thickness detector for detecting the exclusion thickness;
Comprising
It is good as well.

本発明の第４の観点に係る制御装置は、
本発明のノズル摩耗量検出装置と、
前記ノズル摩耗量検出装置で検出された前記ノズルのスロートの摩耗量に応じて、前記ノズルの出口での前記固体微粒子の粒子速度が目標値としての一定値に保たれるように、前記作動ガスの圧力及び／又は温度を制御する制御部と、
を備える。 The control device according to the fourth aspect of the present invention is:
A nozzle wear amount detection device of the present invention;
The working gas is adjusted so that the particle velocity of the solid fine particles at the outlet of the nozzle is maintained at a constant value as a target value in accordance with the amount of wear of the nozzle throat detected by the nozzle wear amount detection device. A controller for controlling the pressure and / or temperature of
Is provided.

この場合、前記ノズル摩耗量検出装置で検出された前記ノズルのスロートの摩耗量が閾値を超えた場合に、前記ノズルの交換指示を外部出力する出力部を備える、
こととしてもよい。 In this case, when the wear amount of the nozzle throat detected by the nozzle wear amount detection device exceeds a threshold, an output unit that outputs the nozzle replacement instruction to the outside is provided.
It is good as well.

本発明によれば、ノズルのスロートにおける作動ガスの流れを、壁面近傍の排除厚さとそれ以外の領域とに分けて、スロートの大きさ及びスロート周辺の形状がほぼ同一の検定ノズルを用いて排除厚さを正確に求める。そのうえで、大気温度での作動ガスの圧力及び流量に基づいて、排除厚さ面積を除く断面積を求め、排除厚さと、排除厚さ面積を除く断面積とから、排除厚さ面積を含むスロートの断面積（幾何学的なスロート断面積）を求める。このようにすれば、未知数をなくした状態で作動ガスの流量、圧力及び大気温度に基づいて、流体力学の関係式を用いて排除厚さ面積を含むスロート断面積を求めることができる。この結果、ノズルのスロートの摩耗量を正確に検出することができる。 According to the present invention, the flow of the working gas at the nozzle throat is divided into the excluded thickness near the wall surface and the other areas, and the throat size and the shape around the throat are excluded using the same verification nozzle. Find the thickness accurately. Based on the pressure and flow rate of the working gas at the atmospheric temperature, the cross-sectional area excluding the excluded thickness area is obtained, and the throat including the excluded thickness area is calculated from the excluded thickness and the cross-sectional area excluding the excluded thickness area. Find the cross-sectional area (geometric throat cross-sectional area). In this way, the throat cross-sectional area including the excluded thickness area can be obtained using the relational equation of fluid dynamics based on the flow rate, pressure, and atmospheric temperature of the working gas with the unknowns eliminated. As a result, it is possible to accurately detect the wear amount of the nozzle throat.

本発明の一実施の形態に係るコールドスプレー装置及び制御装置を含む全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure containing the cold spray apparatus and control apparatus which concern on one embodiment of this invention. 図１のコールドスプレー装置を構成するノズルの断面図である。It is sectional drawing of the nozzle which comprises the cold spray apparatus of FIG. 図１の制御装置のハードウエア構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the hardware constitutions of the control apparatus of FIG. 図４（Ａ）は、スロート付近の作動ガスの流速分布を示す模式図である。図４（Ｂ）は、スロート付近の作動ガスの[ガス密度]×[ガス速度]の分布を示す模式図である。FIG. 4A is a schematic diagram showing the flow velocity distribution of the working gas near the throat. FIG. 4B is a schematic diagram showing a distribution of [gas density] × [gas velocity] of the working gas in the vicinity of the throat. 図５（Ａ）は、スロート近傍における境界層及びその他の領域を示す図である。図５（Ｂ）は、スロート断面における排除厚さδ₁ ^*を示す図である。FIG. 5A is a diagram showing the boundary layer and other regions in the vicinity of the throat. FIG. 5B is a diagram showing the excluded thickness δ ₁ ^* in the throat cross section. 制御装置のソフトウエア構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the software structure of a control apparatus. 制御装置の動作のフローチャートである。It is a flowchart of operation | movement of a control apparatus. 排除厚さ検出部の動作のフローチャートである。It is a flowchart of operation | movement of an exclusion thickness detection part.

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

（コールドスプレー装置の全体構成）
図１に示すように、コールドスプレー装置１は、基材２に対して、作動ガスとともに固体微粒子を噴射する装置である。コールドスプレー装置１は、ガス源１０と、電動バルブ１１と、第１のガス供給路１２と、ガス流量計１３と、パウダフィーダ１４と、第２のガス供給路１５と、ガス流量計１６と、ヒータ１７と、ノズル２０と、圧力計２２と、温度計２３と、を備える。 (Overall configuration of cold spray device)
As shown in FIG. 1, the cold spray device 1 is a device that injects solid fine particles together with a working gas onto a base material 2. The cold spray device 1 includes a gas source 10, an electric valve 11, a first gas supply path 12, a gas flow meter 13, a powder feeder 14, a second gas supply path 15, and a gas flow meter 16. , Heater 17, nozzle 20, pressure gauge 22, and thermometer 23.

（ガス源）
ガス源１０は、作動ガスの供給源である。このような作動ガスとしては、例えば、空気、窒素、ヘリウム、あるいはそれらの混合ガスを用いることができる。また、固体微粒子の酸化防止の観点からすれば、作動ガスとして不活性ガスを用いることが好ましい。不活性ガスとしては、例えば、窒素、ヘリウム又はそれらの混合ガス等が挙げられる。 (Gas source)
The gas source 10 is a working gas supply source. As such a working gas, for example, air, nitrogen, helium, or a mixed gas thereof can be used. Further, from the viewpoint of preventing the solid fine particles from being oxidized, it is preferable to use an inert gas as the working gas. Examples of the inert gas include nitrogen, helium, or a mixed gas thereof.

（電動バルブ１１）
電動バルブ１１は、ガス源１０と、第１のガス供給路１２及び第２のガス供給路１５との間に挿入されている。電動バルブ１１は、制御信号（開閉指令）により開閉が可能である。電動バルブ１１が閉じると、ガス源１０から第１のガス供給路１２及び第２のガス供給路１５への作動ガスの供給が停止し、電動バルブ１１が開くと、ガス源１０の作動ガスが、第１のガス供給路１２及び第２のガス供給路１５に供給される。電動バルブ１１は、制御信号（開閉指令）に従って、開閉状態を制御して、作動ガスの圧力及び流量を制御可能である。 (Electric valve 11)
The electric valve 11 is inserted between the gas source 10 and the first gas supply path 12 and the second gas supply path 15. The electric valve 11 can be opened and closed by a control signal (open / close command). When the electric valve 11 is closed, supply of the working gas from the gas source 10 to the first gas supply path 12 and the second gas supply path 15 is stopped, and when the electric valve 11 is opened, the working gas of the gas source 10 is changed. The first gas supply path 12 and the second gas supply path 15 are supplied. The electric valve 11 can control the pressure and flow rate of the working gas by controlling the open / close state according to a control signal (open / close command).

（第１のガス供給路）
第１のガス供給路１２は、電動バルブ１１からノズル２０まで延びている。第１のガス供給路１２は、電動バルブ１１を介してガス源１０から供給される常温の作動ガスをノズル２０へ供給する。ガス流量計１３は、第１のガス供給路１２を流れる作動ガスの流量を計測する。第１のガス供給路１２には、パウダフィーダ１４が接続されている。パウダフィーダ１４は、固体微粒子を第１のガス供給路１２に供給する。固体微粒子は、目的に応じたものとなるが、例えばＡｌ、Ｃｕなどのコーティング用の金属微粒子である。 (First gas supply path)
The first gas supply path 12 extends from the electric valve 11 to the nozzle 20. The first gas supply path 12 supplies normal temperature working gas supplied from the gas source 10 via the electric valve 11 to the nozzle 20. The gas flow meter 13 measures the flow rate of the working gas flowing through the first gas supply path 12. A powder feeder 14 is connected to the first gas supply path 12. The powder feeder 14 supplies the solid fine particles to the first gas supply path 12. The solid fine particles are metal fine particles for coating such as Al and Cu, depending on the purpose.

（第２のガス供給路）
第２のガス供給路１５は、電動バルブ１１からノズル２０まで延びている。第２のガス供給路１５は、電動バルブ１１を介してガス源１０から供給される作動ガスをノズル２０へ供給する。ガス流量計１６は、第２のガス供給路１５を流れる作動ガスの流量を計測する。第２のガス供給路１５には、ヒータ１７が挿入されている。ヒータ１７は、数十気圧の作動ガスを最大１０００℃程度まで電気加熱する。第２のガス供給路１５内の高温高圧の作動ガスは、ノズル２０内に供給される。 (Second gas supply path)
The second gas supply path 15 extends from the electric valve 11 to the nozzle 20. The second gas supply path 15 supplies the working gas supplied from the gas source 10 via the electric valve 11 to the nozzle 20. The gas flow meter 16 measures the flow rate of the working gas flowing through the second gas supply path 15. A heater 17 is inserted in the second gas supply path 15. The heater 17 electrically heats a working gas of several tens of atmospheres to a maximum of about 1000 ° C. The high-temperature and high-pressure working gas in the second gas supply path 15 is supplied into the nozzle 20.

（ノズル）
ノズル２０は、図２に示すように、先細部２０Ｅ、スロート２０Ａ、末広部２０Ｄを備えており、粒子噴射管２０Ｃを有する貯気室２０Ｂにねじ等で固定されている。第１のガス供給路１２から供給された固体微粒子は、固体微粒子を搬送する常温のガスとともに粒子噴射管２０Ｃを介して貯気室２０Ｂ内に注入される。第２のガス供給路１５から供給される高温高圧の作動ガスは、貯気室２０Ｂに注入される。貯気室２０Ｂ内の固体微粒子は、高温高圧の作動ガスのガス流によって、先細部２０Ｅ、スロート２０Ａ、末広部２０Ｄを通って、例えば５００ｍ／ｓ以上の高速で噴射される。ノズル２０から噴射された固体微粒子は基材２に衝突し、塑性変形する。これにより、基材２上に固体微粒子の皮膜が形成され、基材２に対してコーティングが行われる。なお、スロート２０Ａから先細部２０Ｅの上流端まので長さは例えば５０ｍｍであり、末広部２０Ｄの長さＬは、例えば１００ｍｍである。 (nozzle)
As shown in FIG. 2, the nozzle 20 includes a tapered portion 20E, a throat 20A, and a divergent portion 20D, and is fixed to a gas storage chamber 20B having a particle injection tube 20C with screws or the like. The solid fine particles supplied from the first gas supply path 12 are injected into the air storage chamber 20B through the particle injection tube 20C together with the normal temperature gas that conveys the solid fine particles. The high-temperature and high-pressure working gas supplied from the second gas supply path 15 is injected into the storage chamber 20B. The solid fine particles in the storage chamber 20B are jetted at a high speed of, for example, 500 m / s or more through the tapered portion 20E, the throat 20A, and the divergent portion 20D by the gas flow of the high-temperature and high-pressure working gas. The solid fine particles ejected from the nozzle 20 collide with the substrate 2 and are plastically deformed. Thereby, a film of solid fine particles is formed on the base material 2, and the base material 2 is coated. Note that the length from the throat 20A to the upstream end of the tapered portion 20E is, for example, 50 mm, and the length L of the divergent portion 20D is, for example, 100 mm.

（固体微粒子の速度）
コーティングの目的は、銅微粒子による高い電気伝導性または高い放熱性の付与や、合金微粒子によるスパッタリングターゲットの肉盛り再生（コーティングというより成形）などである。固体微粒子を固体表面に衝突させたときに固体微粒子と固体表面とに塑性変形を生じさせるために、ノズル２０では、固体微粒子をある速度以上で固体表面に吹き付ける必要がある。固体微粒子の速度は、ノズル２０の内面形状、ガス温度Ｔ_０、ガス圧力Ｐ_０に依存する。ガス温度Ｔ_０を上げるほど又はガス圧力Ｐ_０を上げるほど、固体微粒子の粒子速度は大きくなる。 (Velocity of solid fine particles)
The purpose of the coating is to impart high electrical conductivity or high heat dissipation by the copper fine particles, and to regenerate the build-up of the sputtering target by alloy fine particles (forming rather than coating). In order to cause plastic deformation between the solid fine particles and the solid surface when the solid fine particles collide with the solid surface, the nozzle 20 needs to spray the solid fine particles onto the solid surface at a certain speed or higher. The speed of the solid fine particles depends on the inner surface shape of the nozzle 20, the gas temperature T ₀ , and the gas pressure P ₀ . The higher the gas temperature T ₀ or the higher the gas pressure P ₀ , the higher the particle velocity of the solid fine particles.

（スロート）
ノズル２０の内面形状のうち最も重要な部分が、ノズル２０内で最も細い場所であるスロート２０Ａ（図２参照）である。スロート２０Ａの断面は、一般的に円形状であり、スロート２０Ａの設計上の直径ｄ^＊は約２ｍｍ（例えば１．５ｍｍ）程度である。スロート２０Ａの直径は、固体微粒子の粒子速度を規定する重要な寸法であり、摩耗などによりスロート２０Ａの直径が大きくなると、固体微粒子の粒子速度は低下する。 (Throat)
The most important part of the inner surface shape of the nozzle 20 is a throat 20A (see FIG. 2) which is the narrowest part in the nozzle 20. The cross section of the throat 20A is generally circular, and the designed diameter d ^* of the throat 20A is about 2 mm (for example, 1.5 mm). The diameter of the throat 20A is an important dimension that defines the particle velocity of the solid fine particles. When the diameter of the throat 20A increases due to wear or the like, the particle velocity of the solid fine particles decreases.

（スロートの摩耗）
固体微粒子は、スロート２０Ａを通過するときに、スロート２０Ａの壁面を少しずつ削っていくため、スロート２０Ａは次第に摩耗する。本実施の形態に係るノズル摩耗量検出方法では、このスロート２０Ａの摩耗量を検出する。 (Throat wear)
When the solid fine particles pass through the throat 20A, the wall surface of the throat 20A is gradually scraped, so that the throat 20A gradually wears. In the nozzle wear amount detection method according to the present embodiment, the wear amount of the throat 20A is detected.

（圧力計、温度計）
圧力計２２は、貯気室２０Ｂにおける作動ガスの圧力Ｐ_０を計測する。圧力計２２は、例えば半導体圧力センサである。作動ガスの圧力Ｐ_０は、例えば、１ＭＰａである。温度計２３は、熱電対であり、ヒータ１７の出口温度を計測する。 (Pressure gauge, thermometer)
The pressure gauge 22 measures the pressure P ₀ of the working gas in the air storage chamber 20B. The pressure gauge 22 is a semiconductor pressure sensor, for example. The pressure P _{0 of the} working gas is 1 MPa, for example. The thermometer 23 is a thermocouple and measures the outlet temperature of the heater 17.

（その他の設備）
コールドスプレー装置１のスロート２０Ａの摩耗量を検出するために、図１に示すように、温度計（熱電対）３、接触式または非接触式の計測装置４、検定ノズル２１及び制御装置５０が設けられている。温度計３は、大気温度を計測する。接触式または非接触式の計測装置４は、検定ノズル２１のノズル形状、特にスロート２１Ａの直径ｄ^＊’を計測する。 (Other equipment)
In order to detect the wear amount of the throat 20A of the cold spray device 1, as shown in FIG. 1, a thermometer (thermocouple) 3, a contact or non-contact measuring device 4, a verification nozzle 21 and a control device 50 are provided. Is provided. The thermometer 3 measures the atmospheric temperature. The contact-type or non-contact-type measurement device 4 measures the nozzle shape of the verification nozzle 21, particularly the diameter d ^* ′ of the throat 21A.

（検定ノズル）
検定ノズル２１は、スロート径及びスロート２１Ａ周辺の形状が、ノズル２０とほぼ同じである。ここで、スロート２１Ａの周辺とは、スロートでの作動ガスの流速に影響を与える部分である。すなわち、「形状がほぼ同じ」とは、ノズルの先細部の入口からスロートを経て、スロート直径と同程度まで下流までの区間の形状が同じであることをいう。これにより、スロートで検出される排除厚さが同じになる。検定ノズル２１は、ノズル２０と交換可能となっている。また、検定ノズル２１は、接触式または非接触式の計測装置４により、スロート径を直接計測可能となっている。検定ノズル２１として、ノズル２０と同じ工程で製造され、スロート径を計測可能にするために末広部を短く加工したものを用いることができる。 (Verification nozzle)
The verification nozzle 21 has the throat diameter and the shape around the throat 21A substantially the same as the nozzle 20. Here, the periphery of the throat 21A is a portion that affects the flow velocity of the working gas at the throat. That is, “the shape is almost the same” means that the shape of the section from the inlet of the nozzle tip to the downstream through the throat to the same extent as the throat diameter is the same. Thereby, the removal thickness detected by the throat becomes the same. The test nozzle 21 can be replaced with the nozzle 20. The verification nozzle 21 can directly measure the throat diameter by the contact-type or non-contact-type measurement device 4. As the test nozzle 21, a nozzle manufactured by the same process as the nozzle 20 and processed with a short divergent portion so that the throat diameter can be measured can be used.

（制御装置）
制御装置５０は、ガス流量計１３、１６から送られるそれぞれのガス流量（これらのガス流量の和をｍとする）、圧力計２２から送られるガス圧力Ｐ_０、温度計３から送られる大気温度Ｔａ、接触式または非接触式の計測装置４で計測される検定ノズル２１のノズル形状（特にスロート２１Ａの直径ｄ^＊’）等の情報等を収集し、それらの情報に基づいて、ノズル２０のスロート２０Ａの摩耗量を検出する。 (Control device)
The control device 50 includes respective gas flow rates sent from the gas flow meters 13 and 16 (the sum of these gas flow rates is m), a gas pressure P ₀ sent from the pressure gauge 22, and an atmospheric temperature sent from the thermometer 3. Information such as Ta, the nozzle shape of the verification nozzle 21 (particularly the diameter d ^* ′ of the throat 21A) measured by the contact-type or non-contact-type measurement device 4 is collected, and based on such information, the nozzle 20 The amount of wear of the throat 20A is detected.

（制御装置のハードウエア）
制御装置５０のハードウエア構成である図３に示すように、制御装置５０は、制御部３１、主記憶部３２、外部記憶部３３、操作部３４、表示部３５及び通信部３６を備える。主記憶部３２、外部記憶部３３、操作部３４、表示部３５及び通信部３６はいずれも内部バス３０を介して制御部３１に接続されている。 (Control device hardware)
As shown in FIG. 3, which is a hardware configuration of the control device 50, the control device 50 includes a control unit 31, a main storage unit 32, an external storage unit 33, an operation unit 34, a display unit 35, and a communication unit 36. The main storage unit 32, the external storage unit 33, the operation unit 34, the display unit 35, and the communication unit 36 are all connected to the control unit 31 via the internal bus 30.

（制御部）
制御部３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等から構成されている。このＣＰＵが、外部記憶部３３に記憶されているプログラム３９を実行することにより、図６に示す制御装置５０の各構成要素が実現される。 (Control part)
The control unit 31 includes a CPU (Central Processing Unit) and the like. The CPU executes the program 39 stored in the external storage unit 33, thereby realizing each component of the control device 50 shown in FIG.

（主記憶部）
主記憶部３２は、ＲＡＭ（Random-Access Memory）等から構成されている。主記憶部３２には、外部記憶部３３に記憶されているプログラム３９がロードされる。この他、主記憶部３２は、制御部３１の作業領域（データの一時記憶領域）として用いられる。 (Main memory)
The main storage unit 32 is composed of a RAM (Random-Access Memory) or the like. The main storage unit 32 is loaded with a program 39 stored in the external storage unit 33. In addition, the main storage unit 32 is used as a work area (temporary data storage area) of the control unit 31.

（外部記憶部）
外部記憶部３３は、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Digital Versatile Disc Random-Access Memory）、ＤＶＤ−ＲＷ（Digital Versatile Disc ReWritable）等の不揮発性メモリから構成される。外部記憶部３３には、制御部３１に実行させるためのプログラム３９があらかじめ記憶されている。また、外部記憶部３３は、制御部３１の指示に従って、このプログラム３９の実行の際に用いられるデータを制御部３１に供給し、制御部３１から供給されたデータを記憶する。 (External storage)
The external storage unit 33 includes a nonvolatile memory such as a flash memory, a hard disk, a DVD-RAM (Digital Versatile Disc Random-Access Memory), and a DVD-RW (Digital Versatile Disc ReWritable). In the external storage unit 33, a program 39 to be executed by the control unit 31 is stored in advance. Further, the external storage unit 33 supplies data used when executing the program 39 to the control unit 31 in accordance with an instruction from the control unit 31, and stores the data supplied from the control unit 31.

（操作部）
操作部３４は、キーボード及びマウスなどのポインティングデバイス等と、キーボード及びポインティングデバイス等を内部バス３０に接続するインターフェイス装置から構成されている。操作部３４を介して、操作者が操作した内容に関する情報が制御部３１に入力される。 (Operation section)
The operation unit 34 includes a pointing device such as a keyboard and a mouse, and an interface device that connects the keyboard and the pointing device to the internal bus 30. Information regarding the content operated by the operator is input to the control unit 31 via the operation unit 34.

（表示部）
表示部３５は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）又はＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などから構成される。表示部３５には、例えばノズル２０の交換指示などが表示される。 (Display section)
The display unit 35 is configured by a CRT (Cathode Ray Tube), an LCD (Liquid Crystal Display), or the like. For example, an instruction to replace the nozzle 20 is displayed on the display unit 35.

（通信部）
通信部３６は、通信線のシリアルインターフェイス又はパラレルインターフェイスから構成されている。この通信部３６を介して、温度計３、接触式または非接触式の計測装置４、ガス流量計１３、１６、圧力計２２、温度計２３からの情報や、電動バルブ１１、ヒータ１７への制御信号が出力される。 (Communication Department)
The communication unit 36 includes a serial interface or a parallel interface of a communication line. Via the communication unit 36, information from the thermometer 3, the contact type or non-contact type measurement device 4, the gas flow meters 13 and 16, the pressure gauge 22, and the thermometer 23, the electric valve 11, and the heater 17 A control signal is output.

（プログラム）
図１に示す制御装置５０の各種構成要素は、図３に示すプログラム３９が、制御部３１、主記憶部３２、外部記憶部３３、操作部３４、表示部３５及び通信部３６などをハードウエア資源として用いて実行されることによってその機能を発揮する。 (program)
1 includes a control unit 31, a main storage unit 32, an external storage unit 33, an operation unit 34, a display unit 35, a communication unit 36, and the like. It performs its function by being used as a resource.

（境界層）
制御装置５０において摩耗量を検出するための基本事項である、スロート２０Ａでの作動ガスの流れについて説明する。図４（Ａ）の流速分布Ｖに示すように、作動ガスがノズル２０を流れると、ノズル２０の内壁に沿って速度の遅い領域が発生する。これを境界層という。スロート２０Ａでは、境界層の厚さδ^＊は、例えば１０μｍ以下である。 (Boundary layer)
The flow of the working gas in the throat 20A, which is a basic matter for detecting the amount of wear in the control device 50, will be described. As shown in the flow velocity distribution V in FIG. 4A, when the working gas flows through the nozzle 20, a region having a low speed is generated along the inner wall of the nozzle 20. This is called a boundary layer. In the throat 20A, the boundary layer thickness δ ^* is, for example, 10 μm or less.

（排除厚さ）
境界層厚さδ^＊は、図４（Ａ）に示すようにスロート２０Ａの壁面（壁面上で作動ガスの速度ゼロ）からスロート２０Ａの断面中心へ向かったときの作動ガスの流速分布Ｖが、断面中心の流速Ｖｍａｘの９９％に達した位置から壁面までの距離である。また、図４（Ｂ）に示すように、スロート２０Ａの壁面からスロート２０Ａの断面中心へ向かったときの作動ガスの流速Ｖと作動ガスの密度ρとの積（ρＶ）の分布を考え、積分値Ｂ１と、（ρＶ）の最大値（ρＶ）_ｍａｘと（ρＶ）との差分の積分値Ｂ２とが、等しくなるときの厚さδ_１ ^＊を、境界層排除厚さ、または排除厚さともいう。すなわち、排除厚さとは、境界層も含めて（ρＶ）の分布が断面方向に沿って（ρＶ）_ｍａｘで一定であるとしたときの、壁面に隣接するガスが流れない部分の厚さのことである。なお、流れのマッハ数（速度÷音速）が０．３以下であるような低速の流れであれば、ガス密度は一定とみなしてよいため、排除厚さの計算にガス密度を考慮する必要はない。しかし、スロート２０Ａ及び２１Ａでは、流れのマッハ数が１であり、スロート２０Ａ及び２１Ａの境界層内の断面方向に沿ってガス密度が変化する。そのため、排除厚さδ_１ ^＊はガス速度とガス密度の積に基づいて考える必要がある。 (Excluded thickness)
As shown in FIG. 4 (A), the boundary layer thickness δ ^* is determined by the flow velocity distribution V of the working gas when moving from the wall surface of the throat 20A (the working gas velocity is zero on the wall surface) to the center of the cross section of the throat 20A. This is the distance from the position reaching 99% of the flow velocity Vmax at the center of the cross section to the wall surface. Further, as shown in FIG. 4B, considering the distribution of the product (ρV) of the working gas flow velocity V and the working gas density ρ when moving from the wall surface of the throat 20A toward the center of the cross section of the throat 20A, integration is performed. The thickness δ ₁ ^* when the value B1 is equal to the integral value B2 of the difference between the maximum value (ρV) _max and (ρV) of (ρV) is defined as the boundary layer exclusion thickness or the exclusion thickness. Say. That is, the excluded thickness is the thickness of the portion where the gas adjacent to the wall surface does not flow when the distribution of (ρV) including the boundary layer is constant (ρV) _max along the cross-sectional direction. It is. It should be noted that if the flow has a low speed such that the Mach number of the flow (velocity / sound speed) is 0.3 or less, the gas density may be regarded as constant, so it is necessary to consider the gas density in the calculation of the excluded thickness. Absent. However, in the throats 20A and 21A, the Mach number of the flow is 1, and the gas density changes along the cross-sectional direction in the boundary layer of the throats 20A and 21A. Therefore, it is necessary to consider the excluded thickness δ ₁ ^* based on the product of the gas velocity and the gas density.

（スロート断面）
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、スロート２０Ａの断面が円形状である場合、排除厚さは、スロート２０Ａの内壁に沿って環状であり、下流方向へ厚くなる。その排除厚さの内側に作動ガスが高速で流れる領域が存在する。この領域を流れる作動ガスが、固体微粒子のコーティングに寄与する。スロート２０Ａにおいて、この部分の断面積を流体力学的なスロート断面積Ａ_ｇ ^＊という。 (Throat cross section)
As shown in FIGS. 5A and 5B, when the cross section of the throat 20A is circular, the excluded thickness is annular along the inner wall of the throat 20A and increases in the downstream direction. A region where the working gas flows at high speed exists inside the excluded thickness. The working gas flowing in this region contributes to the coating of solid fine particles. In the throat 20A, this cross-sectional area is referred to as a hydrodynamic throat cross-sectional area _Ag ^* .

実際のスロート２０Ａの断面積を、幾何学的なスロート断面積Ａ^＊とすると、以下の関係が成り立つ。
［幾何学的なスロート断面積］＝［排除厚さ面積］＋［流体力学的なスロート断面積］ …（１）
この式は、排除厚さの存在により、コーティングに寄与する作動ガスの断面積が減少したことを示している。なお、言い換えると、幾何学的なスロート断面積Ａ^＊は、排除厚さ面積を含むスロート断面積であり、流体力学的なスロート断面積Ａ_ｇ ^＊は、排除厚さ面積を除くスロート断面積である。 When the actual cross-sectional area of the throat 20A is the geometric throat cross-sectional area A ^* , the following relationship is established.
[Geometric throat cross-sectional area] = [excluded thickness area] + [hydrodynamic throat cross-sectional area] (1)
This equation shows that the cross-sectional area of the working gas contributing to the coating is reduced due to the presence of the excluded thickness. In other words, the geometric throat cross-sectional area A ^* is the throat cross-sectional area including the excluded thickness area, and the hydrodynamic throat cross-sectional area _Ag ^* is the throat cross-sectional area excluding the excluded thickness area. is there.

（断面積の変化）
スロート２０Ａの摩耗を求めるには、その直径を計測すればよいが、ノズル２０は細長いため、スロート２０Ａの直径を正確に計測するのは困難である。よって、制御装置５０では、式（１）を用いて幾何学的なスロート２０Ａの断面積Ａ^＊を間接的に求め、その断面積の変化でノズル２０のスロート２０Ａの摩耗量ΔＡ^＊を検出する。 (Change in cross-sectional area)
In order to determine the wear of the throat 20A, the diameter thereof may be measured. However, since the nozzle 20 is elongated, it is difficult to accurately measure the diameter of the throat 20A. Therefore, the control device 50 indirectly obtains the geometrical cross-sectional area A ^* of the throat 20A using the equation (1), and detects the wear amount ΔA ^* of the throat 20A of the nozzle 20 based on the change in the cross-sectional area. .

（流体力学的な断面積について）
まず、流体力学的な断面積Ａ_ｇ ^＊について説明する。図５（Ｂ）の排除厚さ面積以外の部分のノズル２０のスロート２０Ａ内の作動ガスの流れには、一般に以下の関係が成り立つ。

ここで、ｍはスロート２０Ａを通る作動ガスの流量であり、Ｐ_０は、前述のようにノズル２０の貯気室２０Ｂ内の作動ガスの圧力（図２参照）である。また、Ｔ_０は、ノズル２０の貯気室２０Ｂ内の作動ガスの混合温度（図２参照）である。また、Ｒは作動ガスの気体定数である。σ^＊は、臨界流れ係数であり、以下の式で表される。

ここで、γは作動ガスの比熱比である。 (About hydrodynamic cross section)
First, the hydrodynamic cross-sectional area _Ag ^* will be described. In general, the following relationship holds in the flow of the working gas in the throat 20A of the nozzle 20 in a portion other than the excluded thickness area in FIG.

Here, m is the flow rate of the working gas through the throat 20A, P ₀ is the pressure of the working gas in the gas storage chamber 20B of the nozzle 20 as described above (see FIG. 2). T ₀ is the mixing temperature of the working gas in the air storage chamber 20B of the nozzle 20 (see FIG. 2). R is the gas constant of the working gas. σ ^* is a critical flow coefficient and is expressed by the following equation.

Here, γ is the specific heat ratio of the working gas.

（流量、圧力、温度）
上記式（２）から、流体力学的なスロート断面積Ａ_ｇ ^＊は、以下のように表される。

上記式（４）によれば、流体力学的なスロート断面積Ａ_ｇ ^＊は、作動ガスの流量ｍ、作動ガスの圧力Ｐ_０、作動ガスの温度Ｔ_０によって定まる。 (Flow rate, pressure, temperature)
From the above equation (2), the hydrodynamic throat cross-sectional area A _g ^* is expressed as follows.

According to the above equation (4), the hydrodynamic throat cross-sectional area A _g ^* is determined by the flow rate m of the working gas, the pressure P _{0 of} the working gas, and the temperature T _{0 of the} working gas.

（幾何学的なスロート断面積）
続いて、排除厚さδ_１ ^＊はスロート２０Ａの直径の１／１００程度以下であるため、スロート２０Ａでの排除厚さ面積は、近似的に次式で表される。

ここで、ｄ_ｇ ^＊は、排除厚さを除くスロート２０Ａの流体力学的な断面の直径である（図５（Ｂ）参照）。したがって、幾何学的なスロート断面積Ａ^＊は、上述の式（１）、式（５）に基づいて、近似的に以下の式で表される。

(Geometric throat cross section)
Subsequently, since the excluded thickness δ ₁ ^* is about 1/100 or less of the diameter of the throat 20A, the excluded thickness area at the throat 20A is approximately expressed by the following equation.

Here, d _g ^* is a hydrodynamic cross-sectional diameter of the throat 20A excluding the excluded thickness (see FIG. 5B). Therefore, the geometric throat cross-sectional area A ^* is approximately expressed by the following formula based on the above-described formulas (1) and (5).

（スロートの直径）
流体力学的なスロート径ｄ_ｇ ^＊（図５（Ｂ））は、以下の式のように、流体力学的なスロート断面積Ａ_ｇ ^＊から求めることができる。

(Throat diameter)
The hydrodynamic throat diameter d _g ^* (FIG. 5B) can be obtained from the hydrodynamic throat cross-sectional area A _g ^* as in the following equation.

（流体力学的な断面積の変数）
上述の式（４）に示すように、流体力学的なスロート断面積Ａ_ｇ ^＊は、ノズル２０のスロート２０Ａを通るガス流量ｍ、ガス圧力Ｐ_０、ガス温度Ｔ_０で定まる。
また、上記式（６）及び式（７）に示すように、排除厚さ面積は、排除厚さδ_１ ^＊と、流体力学的なスロート断面積Ａ_ｇ ^＊で定まる。したがって、幾何学的なスロート断面積Ａ^＊を求めるには、ガス流量ｍ、ガス圧力Ｐ_０、ガス温度Ｔ_０、排除厚さδ_１ ^＊が必要になる。 (Hydrodynamic cross section variable)
As shown in the above equation (4), the hydrodynamic throat cross-sectional area A _g ^* is determined by the gas flow rate m passing through the throat 20A of the nozzle 20, the gas pressure P ₀ , and the gas temperature T ₀ .
Further, as shown in the above formulas (6) and (7), the excluded thickness area is determined by the excluded thickness δ ₁ ^* and the hydrodynamic throat cross-sectional area A _g ^* . Therefore, in order to obtain the geometric throat cross-sectional area A ^* , the gas flow rate m, the gas pressure P ₀ , the gas temperature T ₀ , and the excluded thickness δ ₁ ^* are required.

（ガス温度）
ここで、ガス流量ｍ、ガス圧力Ｐ_０は、ガス流量計１３、１６及び圧力計２２を用いて正確に測定することができる。しかしながら、ガス温度Ｔ_０は、図１に示すヒータ１７を経由して貯気室２０Ｂに供給される高温ガスと、第１のガス供給路１２を通って粒子噴射管２０Ｃから貯気室２０Ｂに供給される常温のガスとの混合温度である。この混合温度は、図１に示すヒータ１７の出口の温度計（熱電対）２３で測定した温度と、第１のガス供給路１２、第２のガス供給路１５のそれぞれのガス流量からある程度の予測はできるものの、ノズル２０のスロート２０Ａに到るまでの熱損失が不明であるため、正確な温度を把握するのは困難である。 (Gas temperature)
Here, the gas flow rate m and the gas pressure P ₀ can be accurately measured using the gas flow meters 13 and 16 and the pressure gauge 22. However, the gas temperature T ₀ is the high temperature gas supplied to the storage chamber 20B via the heater 17 shown in FIG. 1 and the first gas supply path 12 from the particle injection tube 20C to the storage chamber 20B. It is a mixing temperature with the normal temperature gas supplied. This mixing temperature is determined to some extent from the temperature measured by the thermometer (thermocouple) 23 at the outlet of the heater 17 shown in FIG. 1 and the gas flow rates of the first gas supply path 12 and the second gas supply path 15. Although it can be predicted, since the heat loss until reaching the throat 20A of the nozzle 20 is unknown, it is difficult to grasp the accurate temperature.

（ノズル摩耗量検出方法の特徴）
そこで、本実施の形態に係るノズル摩耗量検出方法では、ガス温度Ｔ₀を直接求めず、まず検定ノズル２１を貯気室２０Ｂに取り付け、大気温度Ｔａでの作動ガスの噴射を行って排除厚さδ_１ ^＊’を求め、次に検定ノズル２１をノズル２０に代えて貯気室２０Ｂに取り付け、コーティングに先立って大気温度Ｔａでの作動ガスの噴射を行って、流体力学的なスロート断面積Ａ_ｇ ^＊”を求めたうえで、ノズル２０の幾何学的なスロート断面積Ａ^＊”を正確に求め、スロート断面積Ａ^＊”の新品時からの変化でスロート２０Ａの摩耗量を検出する。 (Characteristics of nozzle wear detection method)
Therefore, in the nozzle wear amount detection method according to the present embodiment, the gas temperature T ₀ is not directly obtained, but the verification nozzle 21 is first attached to the air storage chamber 20B, and the working gas is injected at the atmospheric temperature Ta to eliminate the removal thickness. Δ ₁ ^* ′ is obtained, and then the verification nozzle 21 is attached to the air storage chamber 20B in place of the nozzle 20, and the working gas is injected at the atmospheric temperature Ta prior to coating to obtain a hydrodynamic throat cross-sectional area. After obtaining _Ag ^* ", the geometrical throat cross-sectional area A ^* " of the nozzle 20 is accurately obtained, and the wear amount of the throat 20A is detected based on the change of the throat cross-sectional area A ^* "from the new article.

（制御装置のＳＷ）
制御装置５０は、ある日のノズル２０の幾何学的なスロート断面積Ａ^＊”を求めるために、以下の構成要素を有する。図６に示すように、制御装置５０は、排除厚さ検出部５１と、断面積算出部５２と、摩耗量検出部５３と、指令生成部５４と、記憶部５５と、を備える。 (Control device SW)
The control device 50 includes the following components in order to obtain the geometric throat cross-sectional area A ^* "of the nozzle 20 on a certain day. As shown in FIG. 6, the control device 50 includes an exclusion thickness detector. 51, a cross-sectional area calculation unit 52, a wear amount detection unit 53, a command generation unit 54, and a storage unit 55.

（排除厚さ検出部）
排除厚さ検出部５１は、スロート２１Ａ及びスロート２１Ａ周辺の形状がノズル２０とほぼ同一の検定ノズル２１のスロート径ｄ^＊’、大気温度Ｔａでの検定ノズル２１のスロート２１Ａの上流におけるガス圧力Ｐ_０’及びガス流量ｍ’を含む検定ノズル２１に関する計測結果に基づいて、検定ノズル２１のスロート２１Ａを流れる作動ガスの排除厚さδ_１ ^＊’を算出する。排除厚さ検出部５１は、径取得部５１Ａ、計測部５１Ｂ、断面積算出部５１Ｃ及び排除厚さ算出部５１Ｄを備える。 (Exclusion thickness detector)
The excluded thickness detector 51 has a throat 21A and a gas pressure P upstream of the throat 21A of the verification nozzle 21 at the atmospheric temperature Ta at a throat diameter d ^* ′ of the verification nozzle 21 whose shape around the throat 21A is substantially the same as that of the nozzle 20. Based on the measurement result relating to the verification nozzle 21 including ₀ ′ and the gas flow rate m ′, the excluded thickness δ ₁ ^* ′ of the working gas flowing through the throat 21A of the verification nozzle 21 is calculated. The exclusion thickness detection unit 51 includes a diameter acquisition unit 51A, a measurement unit 51B, a cross-sectional area calculation unit 51C, and an exclusion thickness calculation unit 51D.

（スロート径計測）
径取得部５１Ａは、接触式または非接触式の計測装置４で計測される検定ノズル２１のスロート２１Ａの直径ｄ^＊’を、接触式または非接触式の計測装置４から取得する。取得されたスロート２１Ａの直径ｄ^＊’は、記憶部５５に記憶される。 (Throat diameter measurement)
The diameter acquisition unit 51A acquires the diameter d ^* ′ of the throat 21A of the verification nozzle 21 measured by the contact-type or non-contact type measurement device 4 from the contact-type or non-contact type measurement device 4. The acquired diameter d ^* ′ of the throat 21A is stored in the storage unit 55.

（大気温度での検定ノズルの計測）
続いて、検定ノズル２１をノズル２０に代えてコールドスプレー装置１の貯気室２０Ｂに取り付け、ガス圧力Ｐ_０’、大気温度Ｔａで作動ガスを流し、検定ノズル２１から噴射する。計測部５１Ｂは、このときの作動ガスの圧力Ｐ_０’、流量ｍ’を計測する。このとき、パウダフィーダ１４による固体微粒子の供給及びヒータ１７の加熱は停止している。 (Measurement of verification nozzle at ambient temperature)
Subsequently, the verification nozzle 21 is attached to the air storage chamber 20B of the cold spray device 1 in place of the nozzle 20, and a working gas is allowed to flow at the gas pressure P ₀ ′ and the atmospheric temperature Ta to be injected from the verification nozzle 21. The measurement unit 51B measures the pressure P ₀ ′ and the flow rate m ′ of the working gas at this time. At this time, the supply of the solid fine particles by the powder feeder 14 and the heating of the heater 17 are stopped.

（断面積の算出）
断面積算出部５１Ｃは、この計測結果に基づいて、検定ノズル２１についての流体力学的なスロート断面積Ａ_ｇ ^＊’を、式（４）と同様に次式を用いて算出する。すなわち、ガス温度をＴａとして、式（９）でＡ_ｇ ^＊’を算出する。

(Calculation of cross-sectional area)
Based on the measurement result, the cross-sectional area calculation unit 51C calculates the hydrodynamic throat cross-sectional area A _g ^* ′ for the verification nozzle 21 using the following equation in the same manner as equation (4). That is, assuming that the gas temperature is Ta, A _g ^* ′ is calculated by Equation (9).

（排除厚さδ_１ ^＊’の算出）
排除厚さ算出部５１Ｄは、式（６）と同様に、検定ノズル２１のスロート径ｄ^＊’から得られる幾何学的なスロート断面積Ａ^＊’と、式（９）から得られる流体力学的なスロート断面積Ａ_ｇ ^＊’と、Ａ_ｇ ^＊’から求められる流体力学的なスロート径ｄ_ｇ ^＊’を、式（１０）に代入して、検定ノズルの排除厚さδ_１ ^＊’を算出する。

算出された排除厚さδ_１ ^＊’は、記憶部５５に記憶される。排除厚さδ_１ ^＊’は，スロート径が多少変わっても変化しないので、ノズル２０の摩耗量を検出する際に用いることができる。 (Calculation of exclusion thickness δ ₁ ^* ')
The excluded thickness calculation unit 51D, like Equation (6), obtains the geometric throat cross-sectional area A ^* ′ obtained from the throat diameter d ^* ′ of the verification nozzle 21 and the hydrodynamic obtained from Equation (9). Substituting the throat cross-sectional area A _g ^* 'and the hydrodynamic throat diameter d _g ^* ' obtained from A _g ^* 'into the equation (10), the excluded thickness δ ₁ ^* ' of the verification nozzle is calculated To do.

The calculated excluded thickness δ ₁ ^* ′ is stored in the storage unit 55. Since the excluded thickness δ ₁ ^* ′ does not change even if the throat diameter changes slightly, it can be used when detecting the wear amount of the nozzle 20.

（断面積算出部）
断面積算出部５２は、大気温度Ｔａでノズル２０から作動ガスを噴射させたときのノズル２０内の作動ガスの圧力Ｐ_０”及び流量ｍ”の計測結果に基づいて、排除厚さ面積を除くノズル２０のスロート断面積Ａｇ^＊”を算出する。具体的には、検定ノズル２１をノズル２０に戻し、コーティング作業に先だって、大気温度Ｔａの状態で、ガス圧力Ｐ_０”で、コールドスプレー装置１のノズル２０に作動ガスを流す。流れたガス流量をｍ”とする。このとき、ガス温度をＴａとして、上記式（４）から

が得られ、ノズル２０の流体力学的なスロート断面積Ａ_ｇ ^＊”（流体力学的なスロート径ｄ_ｇ ^＊”）が求められる。 (Cross sectional area calculation part)
The cross-sectional area calculation unit 52 removes the excluded thickness area based on the measurement results of the pressure P ₀ ″ and the flow rate m ″ of the working gas in the nozzle 20 when the working gas is injected from the nozzle 20 at the atmospheric temperature Ta. The throat cross-sectional area Ag ^* "of the nozzle 20 is calculated. Specifically, the verification nozzle 21 is returned to the nozzle 20, and prior to the coating operation, the cold spray device 1 at the atmospheric pressure Ta and the gas pressure P ₀ " The working gas is allowed to flow through the nozzle 20. Let the flow rate of gas flow be m ″. At this time, assuming that the gas temperature is Ta, from the above equation (4)

And the hydrodynamic throat cross-sectional area A _g ^* "(hydrodynamic throat diameter d _g ^* ") of the nozzle 20 is obtained.

（摩耗量検出部）
摩耗量検出部５３は、排除厚さ検出部５１で算出された排除厚さδ_１ ^＊’と、断面積算出部５２で算出された排除厚さ面積を除くスロート断面積Ａ_ｇ ^＊”とに基づいて、ノズル２０のスロート２０Ａの摩耗量ΔＡ^＊を検出する。排除厚さδ_１ ^＊’は、スロート２０Ａの直径が多少変わっても変わらない。よって、ある日のスロート２０Ａの幾何学的なスロート断面積Ａ^＊”は、式（１０）と同様に

と求められる。摩耗量検出部５３は、コーティング作業に入る前に、ノズル２０の新品状態からのスロート断面積の拡大量ΔＡ^＊＝Ａ_ｇ ^＊”−Ａ_new ^＊を検出する。ただし、Ａ_new ^＊は新品状態でのノズル２０のスロート断面積である。 (Abrasion amount detector)
The wear amount detection unit 53 calculates the exclusion thickness δ ₁ ^* ′ calculated by the exclusion thickness detection unit 51 and the throat cross-sectional area A _g ^* ”excluding the exclusion thickness area calculated by the cross-sectional area calculation unit 52. Based on this, the wear amount ΔA ^* of the throat 20A of the nozzle 20 is detected.The excluded thickness δ ₁ ^* ′ does not change even if the diameter of the throat 20A changes slightly. The throat cross-sectional area A ^* "is the same as in equation (10).

Is required. The wear amount detection unit 53 detects an enlargement amount ΔA ^* = A _g ^* ”− A _new ^* of the throat cross-sectional area from the new state of the nozzle 20 before entering the coating work. However, A _new ^* is a new state. It is a throat cross-sectional area of the nozzle 20 at.

（指令生成）
指令生成部５４は、検出されたノズル２０のスロート２０Ａの摩耗量ΔＡ^＊に応じて、ノズル２０の出口での固体微粒子の粒子速度が一定に保たれるように、作動ガスの圧力Ｐ_０、温度Ｔ_０を制御する電動バルブ１１の制御信号（開閉指令）及びヒータ１７の制御信号（温度指令）を生成する。 (Command generation)
In response to the detected wear amount ΔA ^* of the throat 20 </ b ^> A of the nozzle 20, the command generator 54 operates the pressure P _{0 of the} working gas so that the particle velocity of the solid fine particles at the outlet of the nozzle 20 is kept constant. A control signal (open / close command) for the electric valve 11 that controls the temperature T ₀ and a control signal (temperature command) for the heater 17 are generated.

（計測手順）
ノズル２０の出口での固体微粒子の粒子速度の計算手順を以下に示す。なお、ノズル２０の出口の断面積Ａ_ｅは計測により既知である。さらに、コールドスプレー装置１では、ノズル２０の出口から基材２の被コーティング面までの距離が１０ｍｍ程度と短いため、基材２の被コーティング面に衝突する固体微粒子の粒子速度は、ノズル２０の出口の粒子速度に等しいと近似する。 (Measurement procedure)
The calculation procedure of the particle velocity of the solid fine particles at the outlet of the nozzle 20 is shown below. The cross-sectional area _{Ae at} the outlet of the nozzle 20 is known by measurement. Furthermore, in the cold spray apparatus 1, since the distance from the outlet of the nozzle 20 to the surface to be coated of the substrate 2 is as short as about 10 mm, the particle velocity of the solid fine particles colliding with the surface to be coated of the substrate 2 is Approximate to be equal to the particle velocity at the outlet.

（マッハ数）
まず、指令生成部５４は、スロート２０Ａとノズル２０の出口での断面積の比から、以下の公知の理論式によりノズル出口でのガスのマッハ数Ｍ_g,e（＝ノズル出口でのガス速度÷音速）を求める。

(Mach number)
First, the command generation unit 54 calculates the gas Mach number M _{g, e} at the nozzle outlet (= gas velocity at the nozzle outlet) from the ratio of the cross-sectional area at the outlet of the throat 20A and the nozzle 20 according to the following known theoretical formula. ÷ Sound speed).

（ノズル出口のガス温度）
続いて、指令生成部５４は、以下の公知の理論式から、ノズル２０の出口でのガス温度Ｔ_eを算出する。

(Nozzle outlet gas temperature)
Then, the command generating unit 54, the following known theoretical equation to calculate the gas temperature T _e at the outlet of the nozzle 20.

（ノズル出口のガス速度）
さらに、指令生成部５４は、以下の公知の理論式を用いて、Ｍ_g,eとＴ_eを用いてノズル２０の出口でのガス速度ｕ_g,e［ｍ／ｓ］を求める。

(Gas velocity at nozzle outlet)
Further, command generating unit 54, using the following known theoretical formula, M _{g, e} and T _e by gas velocity u _g at the outlet of the nozzle _20, determine the _e [m / s].

さらに、指令生成部５４は、例えば以下の公知の実験式を用いて、ノズル２０の出口の固体微粒子の粒子速度ｕ_P,eを算出する。ただし、Ｌは、末広部２０Ｄの軸方向長さであり、ｄ_ｐは固体微粒子の直径、ρ_ｐは固体微粒子の密度、Ｐ_０は、作動ガスの貯気室２０Ｂの圧力、ｕ_g,eは、ノズル２０の出口のガス速度である。

Furthermore, the command generation unit 54 calculates the particle velocity u _{P, e} of the solid fine particles at the outlet of the nozzle 20 using, for example, the following known empirical formula. Where L is the axial length of the divergent portion 20D, d _p is the diameter of the solid fine particles, ρ _p is the density of the solid fine particles, P ₀ is the pressure of the working gas reservoir 20B, ug _{, e} Is the gas velocity at the outlet of the nozzle 20.

指令生成部５４は、ノズル２０の出口の固体微粒子の粒子速度ｕ_P,eが目標値を維持するように、電動バルブ１１への制御信号（開閉指令）及び／又はヒータ１７への制御信号（温度指令）を出力する。 The command generation unit 54 controls the control signal (open / close command) to the electric valve 11 and / or the control signal (to the heater 17) so that the particle velocity u _{P, e} of the solid fine particles at the outlet of the nozzle 20 maintains the target value. Temperature command).

（動作）
次に、制御装置５０の動作について説明する。 (Operation)
Next, the operation of the control device 50 will be described.

図７に示すように、まず、排除厚さ検出部５１は、上述のようにして、スロート２０Ａの排除厚さδ_１ ^＊’を検出する（ステップＳ１）。 As shown in FIG. 7, first, the excluded thickness detection unit 51 detects the excluded thickness δ ₁ ^* ′ of the throat 20A as described above (step S1).

（スロート径計測）
ステップＳ１において、図８に示すように、排除厚さ検出部５１（径取得部５１Ａ）は、検定ノズル２１のスロート径ｄ^＊’を、接触式または非接触式の計測装置４から取得する（ステップＳ１１）。検定ノズル２１のスロート径ｄ^＊’は、記憶部５５に記憶される。 (Throat diameter measurement)
In step S1, as shown in FIG. 8, the excluded thickness detection unit 51 (diameter acquisition unit 51A) acquires the throat diameter d ^* ′ of the verification nozzle 21 from the contact-type or non-contact-type measurement device 4 ( Step S11). The throat diameter d ^* ′ of the verification nozzle 21 is stored in the storage unit 55.

（排除厚さ算出）
続いて、排除厚さ検出部５１（計測部５１Ｂ）は、大気温度Ｔａで検定ノズル２１から作動ガスを噴射させたときの検定ノズル２１内の作動ガスの圧力Ｐ_０’、流量ｍ’を計測する（ステップＳ１２）。さらに、排除厚さ検出部５１（断面積算出部５１Ｃ）は、計測された作動ガスの圧力Ｐ_０’及び流量ｍ’に基づいて、式（９）を用いて、検定ノズル２１のスロート２１Ａにおける排除厚さ面積を含まない断面積Ａ_ｇ ^＊’を算出する（ステップＳ１３）。排除厚さ検出部５１（排除厚さ算出部５１Ｄ）は、算出されたスロート径ｄ^＊’から得られる排除厚さ面積を含む断面積Ａ^＊’と、算出された排除厚さ面積を含まない断面積Ａ_ｇ ^＊’とに基づいて、式（１０）を用いて、排除厚さδ_１ ^＊’を算出する（ステップＳ１４）。 (Exclusion thickness calculation)
Subsequently, the excluded thickness detection unit 51 (measurement unit 51B) measures the pressure P ₀ ′ and the flow rate m ′ of the working gas in the verification nozzle 21 when the working gas is injected from the verification nozzle 21 at the atmospheric temperature Ta. (Step S12). Furthermore, the excluded thickness detection unit 51 (cross-sectional area calculation unit 51C) uses the equation (9) based on the measured working gas pressure P ₀ ′ and the flow rate m ′ to determine the throat 21A of the verification nozzle 21. A cross-sectional area A _g ^* ′ not including the excluded thickness area is calculated (step S13). Exclusion thickness detecting section 51 (excluding the thickness calculating section 51D) includes a ^{'cross-sectional} area A ^* containing thickness area exclusion obtained ^from' calculated throat diameter d ^*, not including the thickness area is calculated eliminated Based on the cross-sectional area A _g ^* ′, the excluded thickness δ ₁ ^* ′ is calculated using the equation (10) (step S14).

（断面積算出）
図７に戻り、コーティングに先立って、断面積算出部５２は、大気温度Ｔａでノズル２０から作動ガスを噴射させたときのノズル２０内の作動ガスの圧力Ｐ_０”及び流量ｍ”の計測結果に基づいて、式（１１）を用いて、排除厚さ面積を除くノズル２０のスロート断面積Ａｇ^＊”を算出する（ステップＳ２）。 (Cross section area calculation)
Returning to FIG. 7, prior to coating, the cross-sectional area calculation unit 52 measures the pressure P ₀ ″ and the flow rate m ″ of the working gas in the nozzle 20 when the working gas is injected from the nozzle 20 at the atmospheric temperature Ta. Based on the above, the throat cross-sectional area Ag ^* "of the nozzle 20 excluding the excluded thickness area is calculated using the equation (11) (step S2).

（摩耗量検出）
続いて、摩耗量検出部５３は、排除厚さδ_１ ^＊’と、算出された排除厚さ面積を除くスロート断面積Ａｇ^＊”とに基づいて、ノズル２０のスロート２０Ａの摩耗量ΔＡ^＊を検出する（ステップＳ３）。 (Abrasion detection)
Subsequently, the wear amount detection unit 53 calculates the wear amount ΔA ^* of the throat 20A of the nozzle 20 based on the excluded thickness δ ₁ ^* ′ and the calculated throat cross-sectional area Ag ^* ”excluding the calculated excluded thickness area. Detect (step S3).

（交換判定）
続いて、摩耗量検出部５３は、摩耗量ΔＡ^＊が閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ４）。摩耗量ΔＡ^＊が閾値以上である場合（ステップＳ４；Ｙｅｓ）、指令生成部５４は、ノズル交換指示を、外部出力する（ステップＳ６）。外部出力としては、例えば、表示部３５に表示させたり、音声出力したりする方法がある。この後、ノズル２０は、摩耗していない新しいものに交換され、コールドスプレー装置１を用いて、コーティングが開始される。 (Replacement judgment)
Subsequently, the wear amount detection unit 53 determines whether or not the wear amount ΔA ^* is equal to or greater than a threshold value (step S4). When the wear amount ΔA ^* is equal to or greater than the threshold value (step S4; Yes), the command generation unit 54 outputs a nozzle replacement instruction to the outside (step S6). Examples of the external output include a method of displaying on the display unit 35 and outputting sound. After this, the nozzle 20 is replaced with a new one that is not worn, and coating is started using the cold spray device 1.

（指令生成）
スロート２０Ａの摩耗量ΔＡ^＊が閾値未満である場合（ステップＳ４；Ｎｏ）、指令生成部５４は、ノズル２０のスロート２０Ａの摩耗量ΔＡ^＊に基づいて、ノズル２０の出口の固体微粒子の粒子速度ｕ_P,e（式（１６））が目標値の一定値に保たれるように、作動ガスの圧力Ｐ_０、温度Ｔ_０を制御する電動バルブ１１への制御信号（開閉指令）又はヒータ１７への制御信号（温度指令）を出力する（ステップＳ５）。その後、電動バルブ１１及びヒータ１７が指令通りに設定され、目標値に維持された噴射速度で固体微粒子が噴射され、コーティングが行われる。 (Command generation)
When the wear amount ΔA ^* of the throat 20A is less than the threshold (step S4; No), the command generation unit 54 determines the particle velocity of the solid fine particles at the outlet of the nozzle 20 based on the wear amount ΔA ^* of the throat 20A of the nozzle 20. A control signal (open / close command) to the electric valve 11 that controls the pressure P ₀ and the temperature T ₀ of the working gas or the heater 17 so that u _{P, e} (Expression (16)) is maintained at a constant target value. A control signal (temperature command) is output (step S5). Thereafter, the electric valve 11 and the heater 17 are set as instructed, and solid fine particles are injected at an injection speed maintained at the target value, and coating is performed.

（まとめ）
以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、ノズル２０のスロート２０Ａにおける作動ガスの流れを、壁面近傍の排除厚さとそれ以外の領域とに分けて、スロート２０Ａの大きさ及びスロート２０Ａ周辺の形状がほぼ同一の検定ノズル２１を用いて作動ガスの温度が大気温度Ｔａでの排除厚さδ_１ ^＊’が正確に求められる。そのうえで、大気温度Ｔａでの作動ガスの圧力Ｐ_０”及び流量ｍ”に基づいて、ノズル２０の排除厚さ面積を除く断面積Ａ_ｇ ^＊”が求められ、排除厚さδ_１ ^＊’と、排除厚さ面積を除く断面積Ａ_ｇ ^＊”とから、排除厚さ面積を含むスロートの断面積（幾何学的なスロート断面積）Ａ^＊”が求められる。このようにすれば、未知数をなくした状態で作動ガスの流量ｍ”、圧力Ｐ_０”及び大気温度Ｔａに基づいて、流体力学の関係式を用いて排除厚さ面積を含むスロート断面積Ａ^＊”を求めることができる。この結果、ノズル２０のスロート２０Ａの摩耗量ΔＡ^＊を正確に検出することができる。 (Summary)
As described above in detail, according to the present embodiment, the flow of the working gas in the throat 20A of the nozzle 20 is divided into the excluded thickness in the vicinity of the wall surface and the other area, and the size and throat of the throat 20A. Using the verification nozzle 21 having the same shape around 20A, the excluded thickness δ ₁ ^* ′ when the working gas temperature is the atmospheric temperature Ta is accurately obtained. Then, based on the pressure P ₀ ″ and the flow rate m ″ of the working gas at the atmospheric temperature Ta, the cross-sectional area A _g ^* ”excluding the excluded thickness area of the nozzle 20 is obtained, and the excluded thickness δ ₁ ^* ′ From the cross-sectional area A _g ^* "excluding the excluded thickness area, the throat cross-sectional area (geometric throat cross-sectional area) A ^* " including the excluded thickness area can be obtained. In this state, the throat cross-sectional area A ^* ″ including the excluded thickness area can be obtained using the relational equation of fluid dynamics based on the flow rate m ″ of the working gas, the pressure P ₀ ″, and the atmospheric temperature Ta. As a result, the wear amount ΔA ^* of the throat 20A of the nozzle 20 can be accurately detected.

また、本実施の形態に係るノズル摩耗量検出方法によれば、新品のノズル２０のスロート径が図面通りに仕上がっているか否かを簡単かつ高精度に点検することができる。また、使用中のノズル２０についても、スロート径を簡単かつ高精度に点検することができる。また、最適なガス条件（圧力、温度）でコーティングを行うことができるので、品質が向上する。また、ノズル２０を交換すべきか否かを適切に判断することができる。 Further, according to the nozzle wear amount detecting method according to the present embodiment, it is possible to easily and accurately check whether or not the throat diameter of the new nozzle 20 is finished as shown in the drawing. Further, the throat diameter of the nozzle 20 in use can be checked easily and with high accuracy. In addition, since coating can be performed under optimum gas conditions (pressure and temperature), quality is improved. Further, it is possible to appropriately determine whether or not the nozzle 20 should be replaced.

また、本実施の形態に係るノズル摩耗量検出方法は、スロート断面が円形でなくても（例えば摩耗により円形でない形になっても）、スロート断面を等価円に置き換えて、スロート２０Ａの摩耗量を精度よく検出することが可能である。 In addition, the nozzle wear amount detection method according to the present embodiment replaces the throat cross section with an equivalent circle even if the throat cross section is not circular (for example, it becomes a non-circular shape due to wear), and the wear amount of the throat 20A. Can be detected with high accuracy.

なお、上記実施の形態では、作動ガスの圧力及び温度を調整したが、本発明はこれには限られず、作動ガスの圧力又は温度の一方を調整するようにしてもよい。 In the above embodiment, the pressure and temperature of the working gas are adjusted. However, the present invention is not limited to this, and one of the pressure and temperature of the working gas may be adjusted.

その他、制御装置５０のハードウエア構成やソフトウエア構成は一例であり、任意に変更および修正が可能である。 In addition, the hardware configuration and software configuration of the control device 50 are examples, and can be arbitrarily changed and modified.

制御部３１、主記憶部３２、外部記憶部３３、操作部３４、表示部３５及び通信部３６、内部バス３０などから構成される制御装置５０の処理を行う中心となる部分は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、前記の動作を実行するためのコンピュータプログラムを、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等）に格納して配布し、当該コンピュータプログラムをコンピュータにインストールすることにより、前記の処理を実行する制御装置５０を構成してもよい。また、インターネット等の通信ネットワーク上のサーバ装置が有する記憶装置に当該コンピュータプログラムを格納しておき、通常のコンピュータシステムがダウンロード等することでコンピュータを構成してもよい。 A central part that performs processing of the control device 50 including the control unit 31, the main storage unit 32, the external storage unit 33, the operation unit 34, the display unit 35, the communication unit 36, the internal bus 30, and the like is a dedicated system. Regardless, it can be realized using a normal computer system. For example, a computer program for executing the above operation is stored and distributed in a computer-readable recording medium (flexible disk, CD-ROM, DVD-ROM, etc.), and the computer program is installed in the computer. Thus, the control device 50 that executes the above-described processing may be configured. Further, the computer program may be stored in a storage device included in a server device on a communication network such as the Internet and downloaded by a normal computer system.

制御装置５０の機能を、ＯＳ（オペレーティングシステム）とアプリケーションプログラムの分担、またはＯＳとアプリケーションプログラムとの協働により実現する場合などには、アプリケーションプログラム部分のみを記録媒体や記憶装置に格納してもよい。 When the functions of the control device 50 are realized by sharing an OS (operating system) and an application program or by cooperation between the OS and the application program, only the application program portion may be stored in a recording medium or a storage device. Good.

搬送波にコンピュータプログラムを重畳し、通信ネットワークを介して配信することも可能である。たとえば、通信ネットワーク上の掲示板（BBS, Bulletin Board System）にコンピュータプログラムを掲示し、ネットワークを介してコンピュータプログラムを配信してもよい。そして、このコンピュータプログラムを起動し、ＯＳの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、前記の処理を実行できるように構成してもよい。 It is also possible to superimpose a computer program on a carrier wave and distribute it via a communication network. For example, a computer program may be posted on a bulletin board (BBS, Bulletin Board System) on a communication network, and the computer program distributed via the network. The computer program may be started and executed in the same manner as other application programs under the control of the OS, so that the above-described processing may be executed.

この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。 Various embodiments and modifications can be made to the present invention without departing from the broad spirit and scope of the present invention. The above-described embodiments are for explaining the present invention and do not limit the scope of the present invention. In other words, the scope of the present invention is shown not by the embodiments but by the claims. Various modifications within the scope of the claims and within the scope of the equivalent invention are considered to be within the scope of the present invention.

本発明は、コールドスプレー装置のノズルのスロートの摩耗量の検出に適用することができる。コールドスプレー装置は、機械部品や電気・電子部品の特定の面の電気伝導や放熱を促進したい場合に有用である。この用途には、当該の面に銅粒子をコーティングするのが最適であるが、銅粒子は酸化しやすく、酸化するとコーティング面の電気伝導率や熱伝導率が低下する。しかし、コールドスプレー装置は、銅粒子を酸化させずにコーティングすることができる。また、コールドスプレー装置は、スパッタリングターゲット（円筒状）の肉盛り再生にも有用である。加えて、熱に弱いマグネシウム合金の部品の補修に好適である。 The present invention can be applied to the detection of the wear amount of the nozzle throat of a cold spray device. The cold spray device is useful when it is desired to promote electrical conduction and heat dissipation of specific surfaces of mechanical parts and electrical / electronic parts. For this application, it is optimal to coat the surface with copper particles, but the copper particles are easily oxidized, and when oxidized, the electrical conductivity and thermal conductivity of the coated surface are lowered. However, a cold spray device can coat copper particles without oxidizing them. The cold spray device is also useful for reclaiming the sputtering target (cylindrical). In addition, it is suitable for repairing parts of magnesium alloys that are vulnerable to heat.

１コールドスプレー装置、２基材、３温度計、４接触式または非接触式の計測装置、１０ガス源、１１電動バルブ、１２第１のガス供給路、１３ガス流量計、１４パウダフィーダ、１５第２のガス供給路、１６ガス流量計、１７ヒータ、２０ノズル、２０Ａスロート、２０Ｂ貯気室、２０Ｃ粒子噴射管、２０Ｄ末広部、２０Ｅ先細部、２１検定ノズル、２１Ａスロート、２２圧力計、２３温度計、３０内部バス、３１制御部、３２主記憶部、３３外部記憶部、３４操作部、３５表示部、３６通信部、３９プログラム、５０制御装置、５１排除厚さ検出部、５１Ａ径取得部、５１Ｂ計測部、５１Ｃ断面積算出部、５１Ｄ排除厚さ算出部、５２断面積算出部、５３摩耗量検出部、５４指令生成部、５５記憶部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cold spray apparatus, 2 base material, 3 thermometer, 4 contact-type or non-contact-type measurement apparatus, 10 gas source, 11 motor operated valve, 12 1st gas supply path, 13 gas flowmeter, 14 powder feeder, 15 Second gas supply path, 16 gas flow meter, 17 heater, 20 nozzle, 20A throat, 20B reservoir, 20C particle injection tube, 20D divergent section, 20E taper, 21 verification nozzle, 21A throat, 22 pressure gauge, 23 thermometer, 30 internal bus, 31 control unit, 32 main storage unit, 33 external storage unit, 34 operation unit, 35 display unit, 36 communication unit, 39 program, 50 control device, 51 exclusion thickness detection unit, 51A diameter Acquisition unit, 51B measurement unit, 51C cross-sectional area calculation unit, 51D exclusion thickness calculation unit, 52 cross-sectional area calculation unit, 53 wear amount detection unit, 54 command Generating unit, 55 storage unit.

Claims

A wear amount detection method for detecting a wear amount of a nozzle throat for injecting solid fine particles together with a working gas,
The shape of the nozzle, the throat, and the shape around the throat, and the throat diameter of the verification nozzle capable of measuring the throat diameter, and the operation in the verification nozzle when the working gas is injected from the verification nozzle at the atmospheric temperature An exclusion thickness detecting step for detecting an exclusion thickness of a boundary layer of the working gas flowing through the throat of the verification nozzle based on a measurement result relating to the verification nozzle including a pressure and a flow rate of gas;
Based on the measurement result of the pressure and flow rate of the working gas in the nozzle when the working gas is injected from the nozzle at the atmospheric temperature, the excluded thickness area which is an annular area formed by the excluded thickness is excluded. A cross-sectional area calculating step for calculating a throat cross-sectional area of the nozzle;
Wear detecting the throat wear amount of the nozzle based on the excluded thickness detected in the excluded thickness detecting step and the throat sectional area excluding the excluded thickness area calculated in the sectional area calculating step. A quantity detection step;
Nozzle wear amount detection method including

In the excluded thickness detecting step,
A first step of obtaining a throat diameter of the verification nozzle from a contact-type or non-contact-type measurement device;
A second step of measuring the pressure and flow rate of the working gas in the verification nozzle when the working gas is injected from the verification nozzle at an atmospheric temperature;
A third step of calculating a throat cross-sectional area excluding the excluded thickness area in the verification nozzle based on the pressure and flow rate of the working gas measured in the second step;
Based on the throat cross-sectional area including the excluded thickness area obtained from the throat diameter calculated in the first step, and the throat cross-sectional area excluding the excluded thickness area calculated in the third step, A fourth step of calculating an exclusion thickness;
including,
The nozzle abrasion amount detection method according to claim 1.

The particle velocity of the solid fine particles at the outlet of the nozzle is kept constant according to the wear amount of the nozzle throat detected using the nozzle wear amount detection method according to claim 1 or 2. A control step for controlling the pressure and / or temperature of the working gas,
Control method.

An output step of outputting the nozzle replacement information externally when the wear amount of the nozzle throat detected using the nozzle wear amount detection method according to claim 1 or 2 exceeds a threshold;
The control method according to claim 3.

A wear amount detecting device for detecting a wear amount of a nozzle throat for injecting solid fine particles together with a working gas,
The nozzle, the throat and the shape of the periphery of the throat are substantially the same, and the throat diameter of the verification nozzle capable of measuring the throat diameter, and the inside of the verification nozzle when the working gas is injected from the verification nozzle at the atmospheric temperature An exclusion thickness detector for detecting an exclusion thickness of the working gas flowing through the throat of the verification nozzle based on a measurement result regarding the verification nozzle including a pressure and a flow rate of the working gas;
Cross-sectional area calculation for calculating the throat cross-sectional area of the nozzle excluding the excluded thickness area based on the measurement result of the pressure and flow rate of the working gas in the nozzle when the working gas is injected from the nozzle at the atmospheric temperature And
Wear detecting the throat wear amount of the nozzle based on the excluded thickness detected by the excluded thickness detector and the throat cross-sectional area excluding the excluded thickness area calculated by the cross-sectional area calculator. A quantity detector;
Nozzle wear amount detecting device.

The excluded thickness detector is
A diameter acquisition unit for acquiring the throat diameter of the verification nozzle from a measuring device;
A measurement unit that measures the pressure and flow rate of the working gas in the verification nozzle when the working gas is injected from the verification nozzle at an atmospheric temperature;
Based on the pressure and flow rate of the working gas measured by the measurement unit, a verification nozzle cross-sectional area calculation unit that calculates a throat cross-sectional area excluding the excluded thickness area in the verification nozzle;
Based on the throat cross-sectional area including the excluded thickness area obtained from the throat diameter acquired by the diameter acquisition unit, and the throat cross-sectional area excluding the excluded thickness area calculated by the verification nozzle cross-sectional area calculation unit, An exclusion thickness detector for detecting the exclusion thickness;
Comprising
The nozzle wear amount detection apparatus according to claim 5.

The nozzle wear amount detection device according to claim 5 or 6,
The working gas is adjusted so that the particle velocity of the solid fine particles at the outlet of the nozzle is maintained at a constant value as a target value in accordance with the amount of wear of the nozzle throat detected by the nozzle wear amount detection device. A controller for controlling the pressure and / or temperature of
A control device comprising:

When the nozzle throat wear amount detected by the nozzle wear amount detection device exceeds a threshold value, an output unit is provided that outputs an external replacement instruction for the nozzle.
The control device according to claim 7.